Взаимодействие спин своя орбита

Химическая связь, как показали в свое время на примере молекулы водорода Гейтлер и Лондон, образуется за счет увеличения (но сравнению с невзаимодействующими атомами водорода, находянщмися на том же расстоянии, что и в молекуле) электронной плотности между атомами. Это увеличение в расчетах по методу МО учитывается с помощью так называемых интегралов перекрывания. Электроны в основном состоянии молекулы занимают орбитали с наи-низшей энергией. На каждой орбитали может находиться по два электрона с нротивополоншыми спинами. Здесь к этой общеизвестной школьной модели добавляется одна тонкость. Вследствие электростатического взаимодействия электроны отталкиваются, в результате чего даже два электрона, находящиеся на одной и той же молекулярной орбитали, имеют тенденцию двигаться по возможности на большем удалении друг от друга. Решение уравнения Шредингера для атома водорода облегчается тем, что единственный электрон 1 этого атома обладает сферической симметрией. В атоме гелия атомная орбиталь вследствие взаимного отталкивания двух электронов 1 уже не обладает сферической симметрией, и с этим связаны трудности в расчетах распределения электронной плотности в атоме гелия. Энергия корреляции движения электронов может достигать примерно 20% общей электронной энергии молекулы и в расчетах учитывается с помощью интегралов электрошого отталкивания . Кроме того, в молекуле существует еще конфигурационное взаимодействие — взаимодействие между самими молекулярными орбиталями. Волновая функция, учитывающая конфигурационное взаимодействие, аналогична по своей записи уравнению для волновой функции, приведенному в 1 этой главы, однако вместо <рг волновых функций атомных орбиталей в ее выражение входят Ф, — волновые функции атомных или молекулярных конфигураций . Под конфигурацией понимается способ распределения электронов по атомным (в атоме) или молекулярным орбиталям (в молекуле). Поясним это понятие на простом примере атома лития, имеющего 1 и электрона. В зависимости от того, находится ли атом в основном или в возбужденном состоянии, электроны по-разному располагаются на двух орбиталях 1 22х и 1 2 2. Таким образом, полная волновая функция, учитывающая конфигурационное взаимодействие, для атома лития будет иметь вид [c.91]

Мы видим, что из-за наличия в гамильтониане члена /г, нельзя сказать, какой электрон находится на той или иной орбите. Вследствие электростатического отталкивания два электрона непрерывно обмениваются своими орбитами и своими угловыми моментами. Полный угловой момент остается, однако, не измененным ни по величине, ни по направлению (этот вывод может измениться, когда мы перейдем к рассмотрению спин-орбитального взаимодействия). Мы можем представить себе, что в Р-состоянии з2р один электрон сначала находился на 2р-орбите и имел угловой момент I/ 1 (1 -н l) . После нескольких оборотов вокруг ядра этот электрон испытывает настолько сильные столкновения с 15-электроном, что он передает последнему свой угловой момент и два электрона обмениваются орбитами. [c.224]

Спин-орбитальное взаимодействие, характерное для атома в малой молекуле, обычно уменьшается, когда атом становится частью большой молекулы, так как орбитали теряют свою чистую 5-, р-, -природу [c.41]

Расчет уровней конфигурации sril Не с учетом магнитных взаимодействий спин —своя орбита, спин —чужая орбита и спин —спин был проведен в 19. В этом расчете, однако, опускались обменные члены и делались некоторые дополнительные упрощ,ения. В обш,ем случае конфигурации п8п 1 произвольного атома такое приближение может оказаться слишком грубым. Более точные вычисления матрицы Н для конфигурации з1 дают следуюш.ие результаты (индексами 1, [c.420]

Однако не коммутирует с S и L, так что они уже больше не являются точными квантовыми числами. В случае, если взаимодействие спин-орбита мало по сравнению с электростатическим, то нам нужно рассматривать только эффект от диагональных матричных элементов в схеме состояний, характеризуемых SUM. Тогда заданный терм будет расщеплен взаимодействием спин-орбита в тесную группу уровней, характеризуемых все еще в хорошем приближении значениями S VI L к различаемых по своим значениям J. Для отдельных уровней мы используем стандартное обозначение Если мы хотим характеризовать состояние, то пишем значение М в виде правого верхнего индекса В SLMsMl-схеме мы будем определять состояние с помощью Ms, Ml- [c.190]

Имеется много доказательств, вытекающих главным образом из рассмотрения констант спин-спинового взаимодействия в ЯМР-спектрах, что связи в циклопропанах отличаются от связей в соответствующих соединениях, не имеющих углового напряжения [204]. В обычном атоме углерода гибридизуются одна 5- и три р-орбитали, давая почти эквивалентные зр -орби-тали (разд. 1.11), каждая из которых на 25% имеет 5-харак-тер. Но в циклопропановом атоме углерода четыре гибридные орбитали далеко не эквивалентны. Две орбитали, направленные к внешним связям, имеют больший х-характер, чем обычная 5р -орбиталь, тогда как две орбитали, образующие связи внутри цикла, имеют меньший 5-характер и больший р-характер, что делает их похожими на обычные р-орбитали, для которых характерны валентные углы 90, а не 109,5°. Поскольку угловое напряжение за счет уменьшения углов в циклопропанах соответствует разности в величине характеристичного угла и реального угла в 60°, этот дополнительный характер частично снимает напряжение. Внешние орбитали на 33 %, имеют 5-харак-тер, т. е., по существу, являются р -орбиталями внутренние орбитали только на 17 % имеют 5-характер, так что их можно назвать зр -орбиталями [205]. Таким образом, каладая углерод-углеродная связь в циклопропане образована перекрыванием двух 5р -орбиталей. Расчеты по методу молекулярных орбита-лей показывают, что такие связи не являются целиком сг-свя-зями. В обычных С—С-связях 5р -орбитали перекрываются таким образом, что прямая, соединяющая ядра, становится осью симметрии электронного облака. Но в циклопропане электронная плотность смещена в сторону от кольца. Направление орбитального перекрывания показано на рис. 4.5 [20] угол 0 для циклопропана составляет 2Г. Аналогичное явление наблюдается и для циклобутана, но в меньшей степени здесь угол 0 равен 7° [206]. Связи в циклопропане называют изогнутыми, или банановыми -, по своему характеру они являются промежуточными между о- и я-связями, поэтому циклопропаны в некоторых отношениях ведут себя подобно соединениям с двойной связью [207]. Данные УФ-спектров [208] и некоторые другие данные свидетельствуют о том, что циклопропановое кольцо участвует в сопряжении с соседней двойной связью, причем в кон- [c.188]

В соединениях переходных элементов взаимодействие металл — металл часто наблюдается даже в том случае, когда расстояние между парамагнитными центрами значительно превышает сумму их ковалентных радиусов. Ввиду того что такое взаимодействие прояг-ляется на сравнительно больших расстояниях (>4А), его принято называть сверхобменом , хотя Ван Флек 33] полагал, что правильнее было бы пользоваться термином косвенный обмен . На таких расстояниях атомы металла, конечно, экранированы друг от друга анионами, радикалами или молекулами, которые в своих основных состояниях диамагнитны. В этом случае возникает вопрос, каким образом лиганды, находящиеся между атомами металла, дают возможность взаимодействовать между собой электронным спинам, локализованным на столь удаленных атомах Первое предположение о механизме спинового взаимодействия, выдвинутое Крамерсом [15], состояло в том, что эффект диамагнитного экранирования замкнутыми оболочками промежуточных групп устраняется за счет участия в волновой функции основного состояния некоторой примеси возбужденного парамагнитного состояния анионов. Полученные недавно многочисленные данные о сверхтонком взаимодействии между ядерным спином лиганда и электронным спином магнитного иона действительно подтверждают предположение о том, что волновая функция лиганда может приобретать частично магнитный характер. Согласно другому, более позднему объяснению, качественно отличающемуся от первоначальных представлений Крамерса, сверхобмен происходит за счет непосредственного перекрывания орбиталей катионов металла путем расширения их под действием аниона, находящегося между ними. Иначе говоря, роль аниона заключается в том, что он помогает образовать общую орбиталь, в которой участвуют и атомные d-орбитали металлов при этом у катионов появляются новые разрыхляющие орбитали, которые могут непосредственно взаимодействовать между собой. [c.312]

До сих пор мы характеризовали атомные орбитали. тремя квантовыми числами п, I а т. В 1928 г. Р. А. М. Дирак получил волновое уравнение, которое связало квантовую теорию с теорией относительности при этом появилось четвертое, спиновое квантовое число Ша, которое имеет два допустимых значения, + 1/2 и —1/2. Квантовые числа п, I я т сохраняют значения, которые они имели в теории Шредингера п в значительной степени определяет энергию орбитали I связано с геометрической формой орбитали и с орбитальным моментом количества движения т соответствует различным компонентам момента количества движения вдоль выделенной оси. Представить наглядную физическую интерпретацию спина электрона невозможно, хотя принято говорить, что он связан с вращением электрона. Квантовое число гпа определяет два возможных значения спинового момента количества движения. С моментом количества движения электрона связан магнитный - момент. Магнитный момент, возникающий благодаря существованию орбитального момента количества движения, может быть увеличен или уменьщен в результате взаимодействия с моментом, возникающим вследствие того,-что спиновый момент количества движения принимает одно из двух своих значений. Электроны с одинаковыми величинами гпв имеют параллельные спины. [c.49]

При изучении ацетилена в матрицах из инертного газа Адриан и др. нашли, что в отсутствие источника атомов водорода фотолиз ультрафиолетовым светом приводит к простому спектру, состоящему из двух очень узких линий с расщеплением в 16,1 гс [30]. Они приписали этот спектр радикалу НС = С, который, как полагают, имеет неспаренный электрон на своей а-орбитали. Оставшийся протон находится на большом расстоянии, так что анизотропное взаимодействие должно быть слабым. Изотропное взаимодействие такого радикала может быть только косвенным за счет спиновой поляризации связывающих электронов. И в этом случае значительный интерес могли бы представить сведения о расщеплении, обусловленном изотопом С. Было высказано предположение, что непосредственная поляризация должна быть очень небольшой [30], а расщепление от протонов является следствием косвенных взаимодействий. Следует, однако, отметить, что сопряженное основание СГ (нзоэлектронное радикалу цианиду) должно иметь равномерное распределение спина на обоих атомах углерода, а минимальная остаточная делокализация такого типа в НС = С-вполне люгла бы объяснить наблюдаемое расщепление. [c.158]

Наиболее тщательные расчеты уровней энергии молекулы бензола были произведены Парром, Крейгом и Россом [50]. Эти исследователи включили в свои волновые функции конфигурации, в которых один электрон возбужден на молекулярную орбиту Ф . Далее, они включили не рассматривавшиеся ранее конфигурации, в которых два электрона возбуждены одновременно на орбиты Ф4, Фд и Ф . Эти новые конфигурации приводят к большому числу состояний, имеющих такую же симметрию и тот же спин, что и волновые функции, использованные ранее Гёпперт-Майером и Скляром. Поэтому состояния, появляющиеся в расчете Парра, Крейга и Росса, могут резонировать с рассматривавшимися ранее состояниями, изменяя тем самым их энергии. Это является еще одним примером конфигурационного взаимодействия, с которым мы уже встречались в атомах (стр. 247, 261) и молекулах (стр. 342). Можно было полагать, что, поскольку эти новые конфигурации имеют очень высокие энергии, они не должны влиять особенно сильно на нижние уровни во всяком случае, можно надеяться, что их влияние буд "т одинаково для всех низколежащих уровней. Ни одно из этих ожиданий не сбылось. Результатом включения в волновые функции взаимодействия конфигураций оказалось значительное смещение всех уровней и даже изменение относительного расположения отдельных уровней (см. рис. 106, а). [c.364]

Хотя В этой главе мы рассматривали в основном результаты,, полученные методом ЭПР, обзор оказался бы неполным беа краткого обсуждения роли ЯМР-исследований в этой области. Метод ЯМР является в данном случае дополняющим, поскольку его можно использовать только для исследования тех ядер, которые не дают разрешенной сверхтонкой структуры в соответствующих спектрах ЭПР. Для таких исследований необходимо, чтобы электронный спин быстро инвертировал относительно данного ядра. В противном случае при наличии сверхтонкого взаимодействия между неспаренным электроном и ядром линии ядерного резонанса так сильно расщепляются, что резонанс не наблюдается вовсе. Если инверсия происходит достаточно быстро, то в результате усреднения резонансная линия не вернется к своему нормальному положению из-за малой разницы в заселенностях спиновых состояний в магнитном поле. Разность заселенностей вызывает так называемый найтовский или контактный сдвиг, наблюдаемый в спектрах ЯМР. Этот сдвиг зависит от -орбитального вклада в волновую функцию неспаренного электрона на рассматриваемом атоме, и в зависимости от знака спиновой плотности на данной орбитали сдвиг будет [c.283]

Дальнейшая информация может быть получена из величин констант спин-спинового взаимодействия. На примере комплекса платины с меченым ацетиленом состава [(СвВБ)зР]2РЬ(Н С2Н) показано, что константа взаимодействия Уис-н составляет 210 гц по сравнению с 250 гц для свободного ацетилена [51]. На основании величины Лас-н можно оценить 5-характер гибридной орбитали у атома углерода (43%) и угол НСС в координированном ацетилене (139 ). Эти результаты находятся в согласии с данными рентгеноструктурного анализа и ИК-спектров, а также с результатами полуэмпири-ческих одноэлектронных расчетов по методу МО [53а]. Значение константы взаимодействия /нс-н для (Н С2Н)Со2(СО)д (222 гц) находится между соответствующими величинами для этилена и ацетилена (156,4 и 248,7 гц) [20,44], Координированный ацетилен характеризуется меньщим значением константы спин-спинового взаимодействия заместителей при тройной связи по сравнению со свободным ацетиленом. При этом константа тем меньше, чем ниже порядок связи С—С (по данным ИК-спектров). Так, например, в сво- [c.388]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология